Dois físicos finlandeses descobriram as condições sob as quais o som pode ser transmitido através de um vácuo perfeito. O efeito é semelhante ao tunelamento quântico, mas a física comum e alguns equipamentos entram em jogo. A descoberta pode ajudar no desenvolvimento de eletrônicos MEMS e sistemas de dissipação de calor.
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Zhuoran Geng e Ilari Maasilta, da Universidade de Jyväskylä, na Finlândia, afirmam que seu trabalho representa a primeira prova rigorosa de tunelamento acústico completo no vácuo. Tudo o que é necessário para o experimento são dois sensores piezoelétricos, cada um dos quais é capaz de converter ondas sonoras em tensão elétrica (e vice-versa). Neste caso, os elementos piezelétricos devem ser separados por um gap menor que o comprimento de onda do som transmitido. Como resultado, o som “passará” de um elemento para outro com força total, se as condições necessárias forem atendidas.
Como sabemos, o som precisa de um meio para se propagar. O som é transmitido devido à transmissão sucessiva de vibrações de átomos e moléculas do meio para partículas vizinhas. As pessoas ouvem (sentem) diretamente as vibrações do ar com uma membrana sensível em seus ouvidos. Tais condições obviamente não existem em um vácuo puro – não há nada para vibrar ali e, portanto, nada para propagar ondas sonoras. Mas há uma brecha – os campos eletromagnéticos podem se propagar no vácuo, e essa é uma chance para os cristais piezoelétricos, que, no processo de deformação (sob a influência de ondas acústicas), geram eletricidade. E onde há eletricidade, há campos.
Os cientistas usaram óxido de zinco como elementos piezoelétricos. A vibração sonora criava uma tensão mecânica no material, e isso gerava uma tensão elétrica no mesmo e, em certas condições, levava ao aparecimento de um campo eletromagnético. Se o segundo cristal estivesse dentro do alcance do campo do primeiro cristal, ele converteria o campo em energia elétrica e de volta em energia mecânica – na verdade, no sinal acústico original, que, de maneira tão simples (ou astuta) , superou o vácuo puro. A largura do intervalo, neste caso, não deve exceder o comprimento da onda sonora transmitida.
Fonte da imagem: Geng e Maasilta, Comun. Phys., 2023)
Os cientistas também mostraram que o efeito não depende da frequência do som. Sujeito à folga necessária, funciona para frequências ultrassônicas e supersônicas. O fenômeno descoberto pode ser usado tanto para soluções práticas quanto para simulação de tunelamento quântico para ajudar no desenvolvimento da comunicação quântica, por exemplo.
«Na maioria dos casos, o efeito é pequeno, mas também encontramos situações em que toda a energia da onda passa pelo vácuo com 100% de eficiência, sem reflexos, disse Maasilta. “Assim, esse fenômeno pode encontrar aplicações em componentes microeletromecânicos (MEMS, tecnologia de smartphones) e no gerenciamento de calor”.
Neste último caso, obviamente, o cientista tem em mente a remoção de calor de dispositivos no vácuo, que pode ser usado em tecnologia espacial e não apenas. Os cientistas descreveram o trabalho em si em um artigo na revista Communications Physics.